3.3.2. Законы динамики

Первый закон Ньютона, или закон инерции - всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного

движения, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

Свойство тел сохранять состояние покоя или равномерного и пря­молинейного движения называется инерцией. Скалярная величина, являющаяся мерой инерции тела в поступательном движении, называется массой тела. Чем медленнее меняет тело свое механическое состояние под действием силы, тем больше масса, т.е. масса тела служит мерой неподатливости силам. Масса тела — физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные (инерционная масса) и гравитационные (гравитационная масса) свойства. Единицей измерения массы в системе СИ является килограмм.

Теория относительности Эйнштейна устанавливает новые свойства массы, прежде всего, что масса не является постоянной величиной, а зависит от скорости движения. Формула, устанавливающая зависимость массы от скорости, записывается:

, где т₀ - масса покоя; v - скорость тела; с – скорость света. При скоростях, много меньших скорости света, масса, практически, является величиной постоянной. В этой же теории устанавливается неразрывная связь массы и энергии, выражаемая формулой: Е=тс², которую называют законом взаимосвязи массы и энергии. Из него следует, что любой энергии соответствует некоторое вполне определенное количество массы, и наоборот: всякой массе соответствует определенная энергия. Следовательно, энергия всегда присуща определенной материи. Это положение в корне опровергает идеалистические выводы из теории относительности о том, что материя может превращаться в энергию. Первый закон Ньютона справедлив не во всякой системе отсчета, а в инерциальной. Инерциальных систем существует бесконечное множество. Опытным путем установлено, что система отсчета, центр которой совмещен с Солнцем, а оси направлены на соответствующим образом выбранные звезды, является инерциальной (гелиоцентрической). Система, связанная с Землей, не будет строго инерциальной (из-за суточного вращения вокруг собственной оси и вращения вокруг Солнца), но в пределах допустимой точности ею можно пользоваться.

Во втором законе Ньютона фигурируют две физические величины: масса и сила. Сила — векторная величина, являющаяся

мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело получает ускорение или изменяет свою форму и размеры (деформируется). Второй закон Ньютона - основной закон динамики поступательного движения - отвечает на вопрос, как изменяется механическое движение тела под действием приложенных сил, и записывается:, гдеF — результирующая сила ().Ускорение, приобретаемое телом, прямо пропорционально равнодействующей всех сил, приложенных к телу, обратно пропорционально массе и совпадает по направлению с равнодействующей силой.

Отсюда можно сделать еще одно определение для силы. Сила - причина ускорения тела. Второй закон Ньютона можно записать в виде . Единицей измерения силы в системе СИ является ньютон. Второй закон Ньютона можно записать и в виде дифференциального уравнения движения тела:

или (3.3)

Вектор mv, равный произведению массы тела на ее скорость, называется импульсом или количеством движения тела =.Тогда основной закон динамики точки в общем виде можно записать: , т.е. производная импульса точки по времени равна результирующей всех сил, действующих на точку.

Третий закон Ньютона подчеркивает двухсторонний характер силы, т.е. характер взаимодействия. Он формулируется: если одно тело действует на другое с силой f,, то, в свою очередь, и второе тело взаимодействует на первое с силой f, равной силе f,, и направленной в противоположную сторону по прямой, соединяющей эти тела: f, = -f_2l. Этот закон утверждает равенство сил, которые приложены к различным телам и никогда не уравновешивают друг друга. Так, например, при полете ракеты имеет место взаимодействие ракеты и газа, вытекающего из нее.